結核疫学構造の転換期における結核菌分子疫学と病原体-宿主関係の基礎的あるいは応用的研究
研究課題情報
- 課題管理番号
- 25fk0108703h0002
- 統合プロジェクト(三期)
感染症プロジェクト
- 統合プロジェクト(二期)
医薬品プロジェクト<第二期>
- 事業名
新興・再興感染症に対する革新的医薬品等開発推進研究事業
- タグ(2025)
研究開発目的: 診断に関する研究
研究の性格: 体外診断薬開発
研究モダリティ: 核酸診断薬
開発フェーズ: 非臨床・前臨床
ICD-10大分類: 感染症および寄生虫症
対象疾患領域: 感染症
特記的事項: 病原体の研究 , AMR
補足確認: 診断
- タグ(2024)
研究開発目的: 診断に関する研究
研究の性格: 体外診断薬開発
研究モダリティ: 核酸診断薬
開発フェーズ: 非臨床・前臨床
ICD-10大分類: 感染症および寄生虫症
対象疾患領域: 感染症
特記的事項: 病原体の研究 , AMR
補足確認: 診断
- 代表研究機関
- 公益財団法人結核予防会結核研究所
- 研究代表者
(2025) 御手洗聡, 公益財団法人結核予防会結核研究所, 抗酸菌部 部長
(2024) 御手洗聡, 公益財団法人結核予防会結核研究所, 抗酸菌部 部長
- 研究期間
- 2024年度 - 2026年度
- 課題への総配分額
- 57,050 千円
- 研究概要(2025)
- イルミナ社とナノポア社のそれぞれのtNGSについて性能評価を実施する。また、呼気からの結核菌回収実験と診断精度評価を行う。(御手洗) 公的データベースから候補遺伝子の発現に関連する情報を多角的に取得した上で、遺伝的バリアントによる発現量の違い、発現制御領域のエピジェネティック修飾状態の違いの可能性を検討し、候補遺伝子測定系への影響を検討する。(慶長) 前年度に引き続き、血漿中に含まれる脂質をLC-MS/MSを用いて網羅的に同定して、治療前後で脂質量が変化する脂質において、臨床情報から治療効果を反映する血中脂質を探索する。治療前後で脂質量が変化する脂質において、臨床情報から治療効果を反映する血中脂質を決定する。(瀬戸) 2年度目は、結核菌ゲノム解析システムの全国展開に向けた研究活動を実施する。具体的には、全国の地方衛生研究所および保健所を対象に、システム導入を目的とした研修会を開催する。また、ユーザーからの改善要望に基づいたシステムの機能強化を実施する。さらに、ゲノム分子疫学調査有用性評価のための研究を実施する。(村瀬)
- 研究概要(2024)
- (御手洗)イルミナ社とナノポア社のそれぞれのtNGSについて性能評価を実施する。また、呼気からの結核菌回収実験を行う。 (慶長)結核患者全血を用いて、結核病態を反映する宿主RNAバイオマーカー候補の遺伝子・トランスクリプトの発現量解析を行い、発現パターンを明らかにする。候補となる遺伝子とそのエクソンを絞り込む。 (瀬戸)分担者の所属する結核予防会の医療施設の一つである複十字病院に多剤耐性結核を含む結核で入院した患者の治療薬投薬前と投薬後1か月後に採血を行い、血漿を分離する。血漿中に含まれる脂質をLC-MS/MSを用いて網羅的に同定する。 (村瀬)1年度目は、結核菌ゲノム解析の全国展開に必要となる技術開発を実施する。具体的には、全国の地方衛生研究所で取得されたシークエンス情報(fastqファイル)の解析方法論を研究し、行政での利活用を想定した報告項目を提案する。また、前述の研究内容に加えて、1年度目から3年度目にかけて、地方自治体における結核菌ゲノムに基づく分子疫学調査を支援し、自治体におけるゲノム分子疫学調査の有用性を明らかにする。
研究成果情報
2024
成果の概要
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喀痰を用いてDeeplex Myc-TBの実践性を評価し、tNGSによる迅速網羅的薬剤耐性予測の実用体制を整備した。2024年度は計239検体を2〜7日で解析した。AmPORE-TBの評価では、多剤耐性結核菌を含む110株の解析で主要薬剤において高精度であることを確認した。呼気バイオエアロゾルからの結核菌検出を確認し、回収装置の試作をフィルターの改良と共に実施した。(御手洗)
結核の宿主バイオマーカー開発を目指し、多数の結核患者全血液を用いて、これまでのmRNA転写開始点網羅探索で得られたマーカー候補遺伝子5'エクソンの発現定量を実施した。IFN誘導性遺伝子などとの発現量の相関、発現パターンの特徴からマーカー候補遺伝子とエクソンを絞り込んだ。(慶長)
多剤耐性結核を含む結核患者の血漿を入院時および退院時、もしくは入院4週間後に採取した。血漿中に含まれる脂質画分をLC-MS/MSで解析することで、治療効果を反映する脂質種の同定を行った。今年度はパイロット解析として、20人分の血漿脂質を解析した。その結果、変動する脂質を同定することができた。(瀬戸)
行政利用を想定した結核菌ゲノム情報解析システムの開発を進めた。地方衛生研究所から入力されたfastqファイルから薬剤感受性予測、遺伝系統分類、株間の遺伝学的関連性を統一形式で出力し、行政対応に必要な情報をオンラインで迅速・簡便に解析できる基本的な機能を実装した。(村瀬)
患者由来株のゲノムデータに変異の混在が確認される事例を活用し、各変異を保有する株の単離によって変異蓄積の動向を確かめることができた。これらの変異を任意に検出する手法として、約300株の完全長ゲノム配列を活用したコア領域を検証し、全長の約1/3が活用可能であることが確かめられた。大阪市における全株解析体制の確立にはなお時間を要し、次年度以降集中的に取り組むこととした。(和田)
2024年度は結核菌とその類縁菌である非結核抗酸菌の共通必須遺伝子の同定に成功した。また、結核菌と非結核性抗酸菌に共通して抗菌活性を示す化合物の複数同定にも成功した。得られた知見から、創薬標的として有望な標的遺伝子の絞り込みを実施した。(港)
TGS-TBv2の機能のうち、シークエンス情報から分子疫学解析用データの出力までの部分を村瀬グループにより開発されたシステムから取得する形に変更し、このデータに基づくゲノム分子疫学データの可視化分析に重点をおいて開発を行い、可視化分析アプリケーションであるPomegraphを開発した。(佐々木)
結核の宿主バイオマーカー開発を目指し、多数の結核患者全血液を用いて、これまでのmRNA転写開始点網羅探索で得られたマーカー候補遺伝子5'エクソンの発現定量を実施した。IFN誘導性遺伝子などとの発現量の相関、発現パターンの特徴からマーカー候補遺伝子とエクソンを絞り込んだ。(慶長)
多剤耐性結核を含む結核患者の血漿を入院時および退院時、もしくは入院4週間後に採取した。血漿中に含まれる脂質画分をLC-MS/MSで解析することで、治療効果を反映する脂質種の同定を行った。今年度はパイロット解析として、20人分の血漿脂質を解析した。その結果、変動する脂質を同定することができた。(瀬戸)
行政利用を想定した結核菌ゲノム情報解析システムの開発を進めた。地方衛生研究所から入力されたfastqファイルから薬剤感受性予測、遺伝系統分類、株間の遺伝学的関連性を統一形式で出力し、行政対応に必要な情報をオンラインで迅速・簡便に解析できる基本的な機能を実装した。(村瀬)
患者由来株のゲノムデータに変異の混在が確認される事例を活用し、各変異を保有する株の単離によって変異蓄積の動向を確かめることができた。これらの変異を任意に検出する手法として、約300株の完全長ゲノム配列を活用したコア領域を検証し、全長の約1/3が活用可能であることが確かめられた。大阪市における全株解析体制の確立にはなお時間を要し、次年度以降集中的に取り組むこととした。(和田)
2024年度は結核菌とその類縁菌である非結核抗酸菌の共通必須遺伝子の同定に成功した。また、結核菌と非結核性抗酸菌に共通して抗菌活性を示す化合物の複数同定にも成功した。得られた知見から、創薬標的として有望な標的遺伝子の絞り込みを実施した。(港)
TGS-TBv2の機能のうち、シークエンス情報から分子疫学解析用データの出力までの部分を村瀬グループにより開発されたシステムから取得する形に変更し、このデータに基づくゲノム分子疫学データの可視化分析に重点をおいて開発を行い、可視化分析アプリケーションであるPomegraphを開発した。(佐々木)
学会誌・雑誌等における論文一覧
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1. Crowder R, Kato-Maeda M, Schwem B, Dela Tonga A, Geocaniga-Gaviola DM, Lopez E, Valdez CL, Lim AR, Hunat N, Sedusta AG, Sacopon CA, Atienza GAM, Bulag E, Lim D, Bascuña J, Shah K, Basillio RP, Berger CA, Lopez MCDP, Sen S, Allender C, Folkerts M, Karaoz U, Brodie E, Mitarai S, Garfin AMC, Ama MC, Engelthaler DM, Cattamanchi A, Destura R. Impact of heteroresistance on treatment outcomes of people with drug-resistant TB. IJTLD Open. 2024 Oct 1;1(10):466-472. doi: 10.5588/ijtldopen.24.0343.
2. Kodama T, Chikamatsu K, Kamada K, Mizuno K, Morishige Y, Igarashi Y, Osugi A, Aono A, Murase Y, Okumura M, Yoshiyama T, Takaki A, Mitarai S. Evaluation of testing face-mask filter samples with LAMP shows high rates of detection in pulmonary TB. Int J Tuberc Lung Dis. 2024 Oct 1;28(10):476-481. doi: 10.5588/ijtld.24.0190. PMID: 39334544.
3. Wang L, Lim DR, Phelan JE, Reyes LT, Palparan AG, Sanchez MGC, Asuncion LAA, Tujan MAA, Medado IAP, Daga CMA, Llames JS, Mitarai S, Murase Y, Morishige Y, Ang CF, Malabad JCM, Montoya JC, Hafalla JC, Campino S, Hibberd ML, Ama CG, Basilio RP, La Paz EMC, Clark TG. Whole genome sequencing analysis of Mycobacterium tuberculosis reveals circulating strain types and drug-resistance mutations in the Philippines. Sci Rep. 2024 Aug 23;14(1):19602. doi: 10.1038/s41598-024-70471-x. PMID: 39179783; PMCID: PMC11344074.
4. Bahk K, Sung J, Seki M, Kim K, Kim J, Choi H, Whang J, Mitarai S. Pan-Lineage Mycobacterium tuberculosis Reference Genome for Enhanced Molecular Diagnosis. DNA Res. 2024 Aug 11:dsae023. doi: 10.1093/dnares/dsae023. Epub ahead of print. PMID: 39127874.
5. Akinaga A, Takahashi M, Yamazaki T, Chikamatsu K, Matsushita S, Hashimoto Y, Iyoda T, Saika T, Mitarai S. Development and preliminary evaluation toward a new tuberculosis treatment monitoring tool: the PATHFAST TB LAM Ag assay. J Clin Microbiol:e00629-24.https://doi.org/10.1128/jcm.00629-24
6. Mbuli C, Vuchas C, Konso J, Adamou Mana Z, Ngangue YR, Esther N, Nyah Ndi N, Wandji IAG, Fundoh M, Ganava M, Malama T, Denis N, Teyim P, Bisso A, Snijders R, Mitchell EMH, Hasker E, Soma I, Sander M, Mitarai S; Lung Flute ECO Trial Consortium. Use of the Lung Flute ECO to assist in sputum collection for tuberculosis testing: a randomised crossover trial. ERJ Open Res. 2024 May 27;10(3):00902-2023. doi: 10.1183/23120541.00902-2023. PMID: 38803415; PMCID: PMC11129641.
7. Osugi A, Tamaru A, Yoshiyama T, Iwamoto T, Mitarai S, Murase Y. Mycobacterium tuberculosis is less likely to acquire pathogenic mutations during latent infection than during active disease. Microbiol Spectr. 2024 Jul 2;12(7):e0428923. doi: 10.1128/spectrum.04289-23.
8. MORITA K, MORIWAKI T, HABE S, TANIGUCHI-IKEDA M, HASEGAWA T, MINATO Y, AOI T, MARUYAMA T.Molecular aggregation strategy for inhibiting DNase.JACS Au.2024,4,6,2262-2266,doi:10.1021/jacsau.4c00210.
9. Nakamura H, Hikichi H, Seto S, Hijikata M, Keicho N. Transcriptional regulators SP110 and SP140 modulate inflammatory response genes in Mycobacterium tuberculosis-infected human macrophages. Microbiol Spectr. 2024 Oct 3;12(10):e0010124. doi: 10.1128/spectrum.00101-24. Epub 2024 Aug 20.
10. Ito M, Morimoto K, Saotome M, Miyabayashi A, Wakabayashi K, Yamada H, Hijikata M, Keicho N, Ohta K. Primary Ciliary Dyskinesia Caused by Homozygous DNAAF1 Mutations Resulting from a Consanguineous Marriage: A Case Report from Japan. Intern Med. 2024 Oct 15;63(20):2847-2851. doi: 10.2169/internalmedicine.3263-23.
学会・シンポジウム等における口頭・ポスター
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1. Rapid prediction of drug susceptibility using targeted NGS analysis of sputum from active TB patients in Japan, A. TAKAKI, K. Chikamatsu, S. MITARAI et.al, ESCMID 2024, 2024/4/28, 国外, ポスター.
国外 / ポスター
2. Fatal pre-XDR M. tuberculosis meningoencephalitis complicated with CMV encephalitis in animmunocompetent patient. Hirai Y, Ishibashi N, Koizumi S, Kamata K, Takaki A, Mitarai S. 34th ECCMID Barcelona 27-30 April 2024. 海外, ポスター
国外 / ポスター
3. Methylome and PE/PPE regions analysis of Mycobacterium tuberculosis identified potentially novel genomic patterns that may contribute to drug resistance. Pangilinan C, Bullag E, Atienza G, Dela Tonga A, Bascuna J, Sacopon C, Schwem B, Basilio R, Mitarai S, Destura R, Kato-Maeda M. 34th ECCMID Barcelona 27-30 April 2024. 海外, ポスター
国外 / ポスター
4. tNGS法を用いた活動性肺結核患者検体の迅速な15抗結核薬耐性予測, 髙木明子, 近松絹代, 青野昭男, 水野和重, 奥村昌夫, 𠮷田志緒美, 露口一成, 御手洗聡, 日本感染症学会総会, 2024/6/17, 国内,口頭.
国内 / 口頭
5. 結核レファレンスと薬剤耐性,髙木明子,御手洗聡. 衛生微生物協議会研究会, 2024/7/11, 国内, 口頭.
国内 / 口頭
6. New diagnosis; Advance in TB: Current & Future. Mitarai S (symposium). The 9th Asia Pacific Region Conference of the International Union Against Tuberculosis and Lung Diseases. Taiwan 26–29 April 2024. 海外, 口頭
国外 / 口頭
7. 原発性線毛機能不全症候群, 慶長直人,土美奈子,伊藤優志,森本耕三, 第99回日本結核・非結核性抗酸菌症学会 学術講演会,2024/5/31, 国内, 口頭.
国内 / 口頭
8. ベトナム人新規活動性肺結核患者におけるIFNAR2遺伝子バリアントの遺伝子型と結核の関連, 土方美奈子,若林佳子,宮林亜希子,瀬戸真太郎,慶長直人, 第99回日本結核・非結核性抗酸菌症学会 学術講演会,2024/6/1, 国内, 口頭.
国内 / 口頭
9. ベトナム人新規活動性肺結核患者におけるCLEC4E 遺伝子バリアントの遺伝子型と結 核菌遺伝系統の関連, 宮林亜希子,土方美奈子,若林佳子,瀬戸真太郎,前田伸司,慶長直人, 第99回日本結核・非結核性抗酸菌症学会 学術講演会,2024/6/1, 国内, 口頭.
国内 / 口頭
10. 結核菌感染マウスにおける乾酪壊死を伴う肉芽腫の単細胞RNA シークエンス, 瀬戸真太郎, 大森志保, 中村 創, 引地遥香, 土方美奈子, 慶長直人, 第99回日本結核・非結核性抗酸菌症学会 学術講演会,2024/6/1, 国内, 口頭.
国内 / 口頭